新型自硫化防腐密封液體橡膠在天然氣防腐中的應(yīng)用

無錫華潤燃?xì)庥邢薰?曹濱濱 郭 健

在工程建設(shè)及生產(chǎn)管理過程中，經(jīng)常會遇到銹蝕嚴(yán)重且受環(huán)境及條件限制而不能除盡銹斑的工件。比如管道上的金屬支架、地井中的閥門及管件、緊固用的螺栓螺母、法蘭縫隙等。由于種種原因，這些工件無法達到標(biāo)準(zhǔn)要求的表面處理狀態(tài)[1]，所以使工件的防腐一直以來都沒有得到良好的解決。

本文介紹一種新型自硫化防腐密封液體橡膠材料。該材料由一種改性的液態(tài)橡膠、特殊的粉料及防腐助劑構(gòu)成，是一種無溶劑材料，可以刷涂、灌注，具有良好的黏度及流動性，常溫條件下可硫化（固化）成彈性體固體。該彈性體固體既具有聚乙烯材料的延展性和硬度，又具有橡膠的彈性及氣密性，表現(xiàn)出塑料及橡膠的雙重特性。使用這種新型自硫化防腐密封液體橡膠材料可以很好地解決上述問題。其突出特點是可以與鐵銹進行反應(yīng)，在帶銹帶潮濕條件施工時不影響性能。

1 材料性能指標(biāo)

新型自硫化防腐密封液體橡膠材料的主要性能指標(biāo)，如表1所示。

表1 新型自硫化防腐密封液體橡膠材料的主要性能指標(biāo)

2 材料特性

2.1 氣密阻隔性

新型自硫化防腐密封液體橡膠具有極好的氣密阻隔性。測試數(shù)據(jù)表明該材料對氣體的滲透性是環(huán)氧涂料的 1/10，是聚乙烯塑料的 1/4。極好的氣密性，加上流砂般的流動性和快速的固化，使得泄漏的氣體無法形成穩(wěn)定的氣路，最終在黏度不斷上升的情況下被完全封堵。目前，城市燃?xì)庀到y(tǒng)已經(jīng)全面推廣自硫化防腐密封液體橡膠材料進行在線堵漏，不需要特殊的工具和專業(yè)技巧，施工十分的方便，利用可燃?xì)怏w測試儀可進行堵漏前后效果的檢測。這種材料不僅可以防腐，還可以做密封材料使用。因此，天然氣站場已經(jīng)開始用新型自硫化防腐密封液體橡膠取代粘彈體膏進行法蘭灌注。

2.2 耐寒、耐熱、耐用性

大多數(shù)的防腐涂層因為過于剛性，所以在周期性的熱脹冷縮中常因內(nèi)應(yīng)力過大而開裂或膠合面剝離。新型自硫化防腐密封液體橡膠徹底解決了因周期性熱脹冷縮的溫度變化而引起涂層早期失效的問題。該新型自硫化防腐密封液體橡膠的分子由剛性段和柔性段兩部分組成，這樣剛?cè)岵姆肿蛹軜?gòu)使得涂層在受到外力時通過自身的彈性形變將外力化解掉，從而使得膠合界面不會遭到破壞，同時當(dāng)外力撤去時，涂層將恢復(fù)本來的面貌，具有自愈的功能。因此，新型自硫化防腐密封液體橡膠涂層可以經(jīng)得起周期性熱脹冷縮的溫度變化，表現(xiàn)出了長久耐寒、耐熱、耐用的特性，可作為非埋地金屬構(gòu)件的防腐涂料。

2.3 抗光老化及熱老化性

新型自硫化防腐密封液體橡膠具有優(yōu)異的抗光老化及熱老化的特性。為此，有人將新型自硫化防腐密封液體橡膠應(yīng)用到了儲油罐邊緣板的防腐，一年左右時間的實際應(yīng)用證明：沒有任何開裂，與金屬及混凝土基座粘結(jié)性良好，剝離不下來。與以往的CPU橡膠（液體聚氨酯橡膠）相比，不再出現(xiàn)與混凝土基座剝離分層的現(xiàn)象。CPU帶有NCO端基，與混凝土中的水分反應(yīng)會形成CO2，分子鏈中沒有粘結(jié)性剛性鏈段，所以與混凝土的粘結(jié)力不好。新型自硫化防腐密封液體橡膠帶有粘結(jié)性極好并對水有容忍性的（因含有羥基）剛性鏈段，像“鉚釘”一樣起到了錨固作用，所以長期使用也不會從混凝土上剝離分層。

2.4 可拆卸性

新型自硫化防腐密封液體橡膠具有良好的可拆卸性并且不留痕跡。這是因為起到粘接的剛性鏈段只占據(jù)50%的分子量，即新型自硫化防腐密封液體橡膠有效粘接的只有50%的面積。這樣，對于光滑的金屬表面，粘結(jié)力最多只有環(huán)氧膠的一半，所以很容易剝離而且不留痕跡。另外，氣密性與可拆卸性的組合集中體現(xiàn)在這種防腐密封材料上，使得涂層剝離開的部分周邊依然是密封的，水汽依然不能侵入，可拆除并不留痕跡。

實踐證明這種新型自硫化防腐密封液體橡膠對銹蝕表面的粘結(jié)力明顯大于對光亮金屬表面的粘結(jié)力。在銹蝕的金屬管道表面涂刷，涂層的粘結(jié)力達到4 MPa，表現(xiàn)出內(nèi)聚破壞，而在無銹蝕的光亮金屬盲板上涂刷，涂層的剝離強度只有10 N/cm2，是完全界面的破壞。

2.5 厚重豐滿特性

新型自硫化防腐密封液體橡膠具有極好的厚重豐滿特性。在異性金屬構(gòu)件中，螺栓螺母的防腐很難處理，但該新型自硫化防腐密封液體橡膠可以很好地解決螺栓螺母的腐蝕問題。由于橡膠材料分子中的彈性部分與環(huán)氧樹脂分子中的剛性部分交錯并存構(gòu)成的線性大分子可以連續(xù)包覆住齒根及齒尖，從而保證了固化后的涂層具有極好的彈性及覆蓋性，齒根及齒尖處的涂層厚度差異小于10%。一遍涂刷不流淌厚度達到600～1 000 μm，涂刷后的表觀感覺十分厚重踏實。

經(jīng)在碼頭、天然氣站場、地下井閥、龍門吊緊固件上數(shù)萬只螺栓上的應(yīng)用證明，可以成功地保護螺栓免于腐蝕。以往，對于重要的螺栓都是使用黏彈體膏進行保護，材料浪費大，成本高，不耐海水沖刷；使用這種新型自硫化防腐密封液體橡膠材料后，施工簡單，成本大幅度降低并可在任何環(huán)境下使用。

2.6 潤濕滲透性

新型自硫化防腐密封液體橡膠具有極好的潤濕滲透性。使用該材料不需要表面除銹，并可帶銹帶水施工?？稍谒胁牧希ɑ炷?、木材、各類金屬、環(huán)氧涂層、聚乙烯、聚丙烯、瀝青、玻璃、瓷磚、外墻涂料、橡膠）上，在幾乎所有條件下（潮濕、低溫、高溫、帶銹）涂刷均可獲得令人滿意的粘接力，粘接強度大于本體材料的內(nèi)聚強度，所以有“萬粘防腐膏”的稱號，具有比黏彈體產(chǎn)品更廣泛的適用性。

2.7 防腐性

新型自硫化防腐密封液體橡膠防腐性能優(yōu)異。該材料化學(xué)穩(wěn)定性較高，耐酸堿鹽和有機溶劑，同時除具有絕佳的防腐蝕性能外，還具有較好的耐候性，耐候性與 PVC材料相同。該材料本身玻璃化溫度為-76～-40 ℃，脆化溫度為-65～-55 ℃。耐油性、氣密性優(yōu)異，耐溶劑性、耐沖擊性、耐低溫性、耐水性、化學(xué)穩(wěn)定性、耐臭氧、耐老化性優(yōu)良，耐 95 ℃熱水。硫化后收縮率小，耐大氣老化性極好，其制品可使用25年。

3 應(yīng)用實例

3.1 應(yīng)用注意事項

新型自硫化防腐密封液體橡膠在天然氣設(shè)備設(shè)施中應(yīng)用時，有以下事項需要注意：

（1）施工環(huán)境要求：環(huán)境溫度≥10 ℃，無雪無雨即可施工。

（2）表面處理：去除表面浮物及油脂即可，表面潮濕或表面帶銹施工對附著力沒有影響。

（3）材料配制：新型自硫化防腐密封液體橡膠是雙組分產(chǎn)品，使用前需將兩個組分按照重量比要求混合在一起，攪拌均勻，攪拌時間3～5 min，配制好的材料要求一次性用完，剩余的材料不可回用。

（4）表面防腐的使用方法：新型自硫化防腐密封液體橡膠有兩種產(chǎn)品，即面涂膏和底涂膏。在埋地或長期浸泡在水中的工況下應(yīng)用時，不用面涂膏，只用底涂膏涂刷兩遍即可；在架空管線或地上應(yīng)用時，應(yīng)當(dāng)將面涂膏與底涂膏結(jié)合起來使用，可以提高抗紫外老化能力。面涂膏應(yīng)在底涂膏表干后涂刷。當(dāng)面涂膏與底涂膏結(jié)合使用時，一般采用 1底1面或2底1面的防腐結(jié)構(gòu)。

（5）涂刷方法：采用刷涂、刮涂均可，因為黏度上升較快，不建議采用噴涂。新型自硫化防腐密封液體橡膠的操作時間常溫下約為20 min，表面干燥時間2 h，實際干燥12 h，36 h完全硫化，滿足一般防腐要求的防腐層厚度為1.5 mm。對于要求較高的防腐防水要求，防腐層厚度應(yīng)大于2 mm，2 mm以下的厚度可以一次涂刷完成[2-3]。

（6）對于灌注密封應(yīng)用，比如法蘭灌縫，應(yīng)使用灌注膏。灌注膏的黏度只有8 000 cps，具有良好的流動性，可以保證灌封后的法蘭沒有任何空隙。灌注時，將法蘭縫隙用膠帶封住，并在上緣開口，將配制好的材料緩緩灌入即可。當(dāng)法蘭較大時，應(yīng)當(dāng)分次灌入，否則外封膠帶可能承受不了過多的灌注膏而泄露。

（7）存放及運輸：新型自硫化防腐密封液體橡膠室內(nèi)-10～35 ℃存放，存儲期不超過18個月。

3.2 應(yīng)用效果

3.2.1 城市燃?xì)庀到y(tǒng)地井閥防腐

城市燃?xì)庀到y(tǒng)地井閥的腐蝕一直是老大難問題。由于特殊的應(yīng)用環(huán)境，地井閥常年處于水汽交替侵蝕、溫度晝夜變化的狀態(tài)，所以腐蝕較快。新型自硫化防腐密封液體橡膠以其優(yōu)良性能成功地解決了地井閥的防腐問題。新型自硫化防腐密封液體橡膠的與鐵銹反應(yīng)、容忍潮濕、滲透性強、氣密阻隔、彈性體抗溫變等幾項特性是其在這個難題上獲得成功的關(guān)鍵。

圖1是地井閥涂刷新型自硫化防腐密封液體橡膠材料前及涂刷一年后的情況對比。

圖1 涂刷一年前后外觀效果對比

3.2.2 天然氣站場法蘭防腐及防泄漏

成功應(yīng)用新型自硫化防腐密封液體橡膠在天然氣站場法蘭防腐上。不僅僅是因為它是一個好用的防腐材料，更重要的它是一個極為難得的氣密性阻隔材料。因此它是一種兼具流動性、防腐性、不流淌性、與銹蝕的反應(yīng)性、施工方便性及氣密性多種功能的材料。

（1）法蘭防腐的現(xiàn)存問題。圖2是某天然氣站場5年前采用黏彈體膏及黏彈體膠帶防腐的法蘭解體后的現(xiàn)場，反映出用黏彈體膏灌縫法蘭時會存在大量死角，水汽可以進入并侵蝕著天然氣管道部件。

圖2 解體用黏彈體膏及黏彈體膠帶防腐的法蘭

可以看出，如果沒有氣密性，只有防水性，是無法阻止天然氣系統(tǒng)腐蝕的。這是因為天然氣系統(tǒng)與其他系統(tǒng)不同，氣體中的水分會在金屬的表面上冷凝成水膜，在氧氣的作用下會對金屬表面構(gòu)成腐蝕。黏彈體膏及黏彈體膠帶防水性較好，但氣密性較差，不能阻止氧氣及水汽的進入。黏彈體膏黏度大，流動性極差，無法灌滿灌實，法蘭縫中尚存在大量的死角，腐蝕難以避免，同時用黏彈體膏防腐還存在難以清理的問題。

（2）新型自硫化防腐密封液體橡膠的灌封效果。采用新型自硫化防腐密封液體橡膠對法蘭間隙灌封，通過對法蘭解體檢查后發(fā)現(xiàn)，采用新型自硫化防腐密封液體橡膠灌封法蘭完全無死角，螺栓孔都已經(jīng)形成完整的螺紋，加之彈性體結(jié)構(gòu)又能使灌封完全氣密。用新型自硫化防腐密封液體橡膠灌封法蘭還可以解決微漏氣問題。

4 結(jié)語

綜上所述，新型自硫化防腐密封液體橡膠具有氣密阻隔性好、耐寒耐熱長期耐用、抗老化、可拆除且不留痕跡、厚重豐滿遮蓋性強、能夠與鐵銹反應(yīng)、強滲透性、可帶銹帶潮濕施工且不影響性能等突出特性，在實際運用中解決了閥門等異形構(gòu)件的防腐，解決了天然氣系統(tǒng)法蘭防腐及密封防泄漏問題。新型自硫化防腐密封液體橡膠不僅具有理論創(chuàng)新，在實際應(yīng)用中也有突出表現(xiàn)，值得進一步推廣。